シーケンスアレイトランスデューサーの特性

概要

トランスデューサーは、ある形態のエネルギーを別の形態に変換する装置です。シーケンスアレイトランスデューサーは、音波の連続信号を光や暗号信号に変換し、画像を構築できるようにします。これらのアレイは主に超音波装置で使用されます。

歴史

超音波技術は第二次世界大戦中に開発されたと考えられていますが、正確な情報は依然として機密です。当初、ソナーはレーダー技術を模倣し、単一の信号を送出して反射波を受信する方式でした。しかし、音波はマイクロ波とは性質が異なり、単一送信では十分な画像情報が得られません。ソナー（そして後の超音波）では、焦点を合わせた複数の信号を順次送出し、戻ってくるエコーを組み合わせて画像を生成します。このために、焦点を合わせた音波ビームのシーケンスで動作するトランスデューサーのアレイ、すなわちシーケンスアレイトランスデューサーが必要となります。

構造

シーケンスアレイトランスデューサーは、約500個のトランスデューサーが100mm四方の領域に均等に配置されています。多くのシステムでは、同時に数個のトランスデューサーが作動し、次に別の数個が選択されるという方式で、全てのトランスデューサーが順次スキャンに使用されます。各トランスデューサーの信号が画像に寄与するタイミングを遅延させることで、異なる深さに焦点を合わせることができます。たとえば、連続する数個のトランスデューサーが端側で短い遅延、中央で長い遅延になるように設定すれば、レンズのように働き、深度を調整できます。このシーケンスが極めて高速に繰り返されるため、アレイは静止画の連続から動画を生成し、まるで映画カメラが連続したフレームから映像を作るように動くことが可能です。

応用例

超音波は人間の可聴範囲（20〜20,000 Hz）を超える音波全般を指します。産業用超音波は材料の検査に用いられ、対象に応じて50,000〜100,000 Hzの周波数が使われます。ガラス、プラスチック、コンクリート、金属のひび割れや欠陥検出が主な用途です。一方、生体用超音波は約1,000,000 Hzの高周波が使用され、医療現場ではハンドヘルドユニットにシーケンスアレイトランスデューサーが搭載され、医師が患者の体内を選択した深度で動画として観察できます。超音波はX線に比べて組織へのダメージが少なく、長時間の観察でも安全です。血管や動脈の血流、心臓の動きのモニタリングはもちろん、最も一般的な利用は新生児の胎児画像で、親に赤ちゃんの姿を初めて見せることができます。